(57)【要約】【課題】駆動機構や弁体の大型化によるコスト上昇を招くことなく、部分負荷域でのポンピング損失を低減でき、かつ高負荷域での出力低下を防止できる火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】吸気通路２０′の上流側にはサージタンク２１が接続され、吸気通路２０′のサージタンク２１の接続部近傍には、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁３０が配置されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、
該各気筒に接続され、該気筒内に吸気のタンブルを生成させる吸気通路と、
該各吸気通路の前記気筒に開口する吸気開口を開閉する吸気弁及び排気開口を開閉する排気弁とを備え、
前記吸気弁及び排気弁が同時に開くオーバーラップ期間を設けた火花点火式内燃機関であって、
前記吸気通路の上流側にはサージタンクが接続され、
前記吸気通路のサージタンクの接続部近傍には、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁が配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記各吸気通路は、それぞれ前記サージタンクに接続され、
前記逆止弁は、前記各吸気通路に配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記逆止弁は、前記各吸気通路とサージタンクとの接続合面に挟み込まれて吸気通路と共に締め付け固定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項４】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
高負荷域における前記各吸気弁の閉じ時期は、吸気行程における下死点後に設定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の火花点火式内燃機関において、
前記各気筒には複数の吸気弁が配置され、該各吸気弁のうち、排気弁から最も離れた吸気弁は、他の吸気弁より早く開くことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項６】
請求項４に記載の火花点火式内燃機関において、
前記各気筒はペントルーフ型の燃焼室を有し、
気筒軸線方向に見たとき、前記燃焼室のクランク軸線を挟んだ一側に２本の吸気弁が、他側に２本の排気弁が配置され、
前記２本の吸気弁のうち一方を他方より先行して開くとともに、該一方の吸気弁から遠い方の排気弁を、他方の排気弁より遅く閉じることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
ガス燃料もしくは液噴ＬＰＧ燃料を前記吸気通路の逆止弁より下流側に供給するガス燃料噴射弁が前記吸気通路に配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項８】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記吸気弁，排気弁の開閉タイミグを可変制御する油圧式の可変動弁機構を備えていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項９】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記逆止弁は、リード弁であり、該リード弁は、弁座本体に形成された開口をリードにより、前記吸気通路の前記リード弁より下流側が負圧のとき開き、正圧のときに閉じるように構成され、
前記リードの開閉方向がクランク軸線方向となるように配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１０】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
該内燃機関は、２気筒で、等間隔燃焼を行い、前記吸気通路は上流側の１つの共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐された分岐吸気通路とを有し、前記共通吸気通路に前記逆止弁が配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１１】
請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、
前記共通吸気通路の逆止弁より下流側部分に、各気筒共通のガス燃料噴射弁が配置され、該ガス燃料噴射弁は、ガス燃料を前記吸気通路の各気筒への分岐部に供給するよう配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１２】
請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、
前記共通吸気通路の前記逆止弁より上流側部分に、スロットル弁を内蔵するスロットルボディが配置され、
前記スロットルボディと前記逆止弁との間に、排気ガスの一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲ装置が接続されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に吸気流のタンブルを生成させるとともに、吸気弁と排気弁とが同時に開くオーバーラップ期間を設けることにより内部ＥＧＲを行うようにした火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関では、スロットル弁の開度に応じた量の吸気が気筒に吸入され、該吸入される空気量に応じた量の燃料を供給することにより出力制御が行われている。このため部分負荷域では、スロットル弁の開度が小さいため、吸気通路内は負圧が維持されることから、ポンピング損失が大きくなる。このようなポンピング損失を低減するために、オーバーラップ期間を設けることにより内部ＥＧＲガスを吸気通路内に導入することが行われている。しかしながら、オーバーラップ期間の如何によっては、過剰の内部ＥＧＲガスが吸気通路に流入し、このＥＧＲガスが次の吸気行程で新気とともに気筒内に流入することから燃焼が不安定になるという問題が懸念される。
【０００３】
そこで、特許文献１には、吸気ポート近傍に逆止弁を配置し、部分負荷時の排気ガスの逆流を防止するとともに、高負荷域では逆止弁を全開させることで吸気抵抗となるのを回避するようにした技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３４８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の内燃機関では、高負荷時に逆止弁を駆動機構により全開位置に駆動する構造を採用しており、コストが上昇するという問題がある。即ち、逆止弁を吸気ポートの近傍に設ける場合には、高負荷時の出力低下を回避するために、逆止弁を通過する混合気の流速を、吸気行程におけるピストンの下降による気筒の容積変化に追従させる必要がある。このため逆止弁を可動にしたり、大型化したりする必要がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、駆動機構や弁体の大型化によるコスト上昇を招くことなく、部分負荷域でのポンピング損失を低減でき、かつ高負荷域での出力低下を防止できる火花点火式内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、複数の気筒と、該各気筒に接続され、該気筒内に吸気のタンブルを生成させる吸気通路と、該各吸気通路の前記気筒に開口する吸気開口を開閉する吸気弁及び排気開口を開閉する排気弁とを備え、前記吸気弁及び排気弁が同時に開くオーバーラップ期間を設けた火花点火式内燃機関であって、前記吸気通路の上流側にはサージタンクが接続され、前記吸気通路のサージタンクの接続部近傍には、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁が配置されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記各吸気通路は、それぞれ前記サージタンクに接続され、前記逆止弁は、前記各吸気通路に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、前記逆止弁は、前記各吸気通路とサージタンクとの接続合面に挟み込まれて吸気通路と共に締め付け固定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、高負荷域における前記各吸気弁の閉じ時期は、吸気行程における下死点後に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の火花点火式内燃機関において、前記各気筒には複数の吸気弁が配置され、該各吸気弁のうち、排気弁から最も離れた吸気弁は、他の吸気弁より早く開くことを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４に記載の火花点火式内燃機関において、前記各気筒はペントルーフ型の燃焼室を有し、気筒軸線方向に見たとき、前記燃焼室のクランク軸線を挟んだ一側に２本の吸気弁が、他側に２本の排気弁が配置され、前記２本の吸気弁のうち一方を他方より先行して開くとともに、該一方の吸気弁から遠い方の排気弁を、他方の排気弁より遅く閉じることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、ガス燃料もしくは液噴ＬＰＧ燃料を前記吸気通路の逆止弁より下流側に供給するガス燃料噴射弁が前記吸気通路に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記吸気弁，排気弁の開閉タイミグを可変制御する油圧式の可変動弁機構を備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記逆止弁は、リード弁であり、該リード弁は、弁座本体に形成された開口をリードにより、前記吸気通路の前記リード弁より下流側が負圧のとき開き、正圧のときに閉じるように構成され、前記リードの開閉方向がクランク軸線方向となるように配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、該内燃機関は、２気筒で、等間隔燃焼を行い、前記吸気通路は上流側の１つの共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐された分岐吸気通路とを有し、前記共通吸気通路に前記逆止弁が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、前記共通吸気通路の逆止弁より下流側部分に、各気筒共通のガス燃料噴射弁が配置され、該ガス燃料噴射弁は、ガス燃料を前記吸気通路の各気筒への分岐部に供給するよう配置されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、前記共通吸気通路の前記逆止弁より上流側部分に、スロットル弁を内蔵するスロットルボディが配置され、前記スロットルボディと前記逆止弁との間に、排気ガスの一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲ装置が接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、気筒側への流れのみ許容する逆止弁を、吸気通路のサージタンク接続部近傍に、つまり吸気通路の上流端部に配設したので、吸気通路の逆止弁より下流側の通路容積を確保することができ、部分負荷時のオーバーラップ期間に内部ＥＧＲガスを吸気通路の逆止弁下流側部分に溜めておくことができる。これにより吸気行程初期の吸気通路内負圧が低減され、充分な内部ＥＧＲガスが確保されることから、部分負荷時のポンピング損失を低減でき、燃費を低減できる。
【００２０】
また高負荷域では、吸気行程以外の行程で吸気通路の逆止弁より下流側部分に混合気を充填しておくことができるので、駆動機構を設けたり，弁体を大型化したりする必要がなく、コストの上昇を招くことなく十分な出力性能が得られる。
【００２１】
即ち、気筒内に吸気のタンブルを生成させるようにした内燃機関において、逆止弁を吸気通路のサージタンクとの接続部近傍に配置し、部分負荷時にオーバーラップ期間を拡大すると、内部ＥＧＲガスが吸気通路内に溜まることとなる。よって吸気行程初期の吸気通路内圧力が大幅に低減され、また逆止弁が吸気通路の上流端部に位置していることから、必要充分な内部ＥＧＲガスを確保できる。これにより、吸気行程におけるポンピング損失の低減効果と、内部ＥＧＲガスの増加による燃費の低減効果の両方が得られる。このようなポンピング損失の低減効果は、既存の機関構成部品を用いて工業製品化することで、それほどコストをかけずに容易に実現可能である。
【００２２】
また、例えばガソリン燃料を吸気ポートに直接噴射する内燃機関の場合は、中・高負荷運転域でオーバーラップ期間を設けると、気筒内から逆流する残留ガス量が増加することから、ガソリン燃料粒の一部がサージタンクの内壁まで飛翔する場合がある。この現象により、過渡状態のＡ／Ｆ制御が不適切になり、応答性，排気ガス性状への影響が懸念される。本発明では、逆止弁により残留ガスのサージタンクへの逆流が抑制されるので、ガソリン燃料粒を吸気弁近傍の吸気通路内に溜めておくことができ、前記応答性，排気ガス性状を改善できる。
【００２３】
請求項２の発明では、各吸気通路をそれぞれサージタンクに接続し、各吸気通路に逆止弁を配置したので、多気筒内燃機関におけるポンピング損失の低減に有効である。
【００２４】
請求項３の発明では、逆止弁をサージタンクと吸気管との接続面に挟んだ状態で共締め固定したので、逆止弁を、新たな部品を追加することなく簡単な構造でかつ容易に取り付けることができる。
【００２５】
請求項４の発明では、高負荷域における吸気弁の閉じ時期を下死点後としたので、気筒内に吸入した新気の一部が吸気通路に戻ることとなり、この戻った新気は逆止弁により吸気通路内に圧力上昇を伴って蓄えられることとなる。この状態から、次の吸気行程のオーバーラップが開始されると、新気の吸気通路内圧力が、気筒内圧力より高くなっていることから、内部ＥＧＲガスが低減され、高温の気筒内残留ガスが掃気されることとなり、高負荷域における耐ノッキング性能を向上できる。
【００２６】
即ち、高負荷運転域では、圧縮圧力の上昇と、高温の内部ＥＧＲガスの増量によりノッキングが生じ易い。このノッキング防止対策として、従来は、圧縮比の低減、点火時期の遅角、過濃度空燃比による運転が行われていたが、何れの対策も熱効率の低下を招くおそれがある。本発明では、内部ＥＧＲガスが低減されるので、このような熱効率の低下を招くことなく、耐ノッキング性能を向上できる。
【００２７】
請求項５の発明では、複数の吸気弁のうち、排気弁から最も離れた吸気弁の開き時期を他の吸気弁の開き時期より早くしたので、それだけオーバーラップ期間を拡大することができ、吸気通路内に蓄えられた新気により既燃ガスの掃気を行う場合の新気の吹き抜けによる流出を抑制できる。
【００２８】
即ち、三元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うようにした内燃機関では、高負荷運転域で余剰酸素と未燃焼成分が排出されると、触媒が許容温度以上に上昇するおそれがあり、掃気による新気の吹き抜けが生じると触媒が損傷する場合がある。また三元触媒の場合には、排気ガスの浄化が充分に行えない場合がある。本発明では、新気の吹き抜けを抑制できるので、触媒の損傷を回避できるとともに、排気ガスの浄化を充分に行うことができる。
【００２９】
請求項６の発明では、２本の吸気弁のうち、先に開く吸気弁より遠方に位置する排気弁の閉じ時期を他の排気弁の閉じ時期より遅くしたので、吸気通路内に蓄えられた新気により掃気を行う場合の吹き抜けを抑制でき、請求項４と同様の効果が得られる。
【００３０】
請求項７の発明では、ガス燃料を吸気通路の逆止弁より下流側に供給したので、ガス燃料を適切なタイミングで供給することにより、ポンピング損失を低減できる。この場合、ガス燃料は、吸気行程の後半を除く範囲で供給することが好ましい。例えば、ガス燃料をオーバーラップ開始前に供給した場合には、内部ＥＧＲの低減効果が得られ、アイドリング時を含む極低負荷運転域では燃焼の安定性が向上し、高負荷運転域では掃気能力がより向上する。
【００３１】
即ち、ＣＮＧ・ＬＰＧ等のガス燃料は、常温で気化する充分な蒸気圧を有しており、また液噴ＬＰＧも噴射直後に気化することから、吸気通路内にガス状態で供給することは容易である。このようにガス燃料を適切な時期に供給することでポンピング損失を低減できる。
【００３２】
請求項８の発明では、吸気弁，排気弁の開閉タイミングを油圧式の可変動弁機構により行うようにしたので、吸気通路に逆止弁を配置することにより、オーバーラップ期間の制御が簡単になり、既に標準化されている一般的な可変動弁機構を用いることが可能となり、コストを低減できる。
【００３３】
請求項９の発明では、リードで弁座本体の開口を開閉するように構成されたリード弁を採用し、該リード弁を、リードがクランク軸線方向に開閉するように配設したので、小型でかつ安定した開閉動作が得られる。
【００３４】
即ち、レシプロ内燃機関では、クランク軸の軸線に対して直角方向、つまり気筒軸線方向の振動が圧倒的に大きい。このためリード弁を、リードが気筒軸線方向に開閉するように配置した場合には、高速回転域で前記振動によりリードが不安定な挙動となるおそれがある。また高速・高負荷運転域で充分な新気を通過させるには、配置スペースを確保し易い小型のリード弁を複数連装することが望ましく、また装備性を高める点からも、リードがクランク軸線方向に開閉するように配置することが望ましい。
【００３５】
請求項１０の発明では、吸気行程が重複しない２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関において、逆止弁を、共通吸気通路に配置したので、逆止弁を各気筒に共通して利用でき、構造を簡単にできるとともに、コンパクトにできる。
【００３６】
一般に、２気筒等間隔燃焼を行う機関では、吸気行程が重複することはないことから、相対する気筒の吸気負圧の影響を直接受けることはない。このため、スロットル弁の下流側の吸気通路容積が適切であれば、タンブルポート形状及びオーバーラップ期間の最適化を図ることで、部分負荷時のポンピング損失を低減できる。しかし高負荷域ではノッキングが発生し易くなることから、逆止弁により下死点後の新気を吸気通路内に蓄えておくことが必要となる。本発明では、吸気行程が重複しないので、逆止弁を各気筒に共通化できる。
【００３７】
請求項１１の発明では、共通吸気通路の逆止弁より下流側部分にガス燃料を供給したので、ガス燃料を、例えばオーバーラップ前，もしくは吸気行程の前半に供給することにより、ポンピング損失を低減できる。
【００３８】
ガス燃料は、ガソリン等の液体燃料のように吸気通路の壁面に付着することもないので、ガス燃料噴射弁を吸気弁に指向するように配置する必要がない。このため、１本のガス燃料噴射弁でも、各気筒に均等にガス燃料を供給することができ、均一な空燃比の混合気でもって燃焼を行うことができる。これにより、燃料供給装置の簡略化が可能であり、かつ高い応答性及び排気ガス性能が得られる。
【００３９】
請求項１２の発明では、外部ＥＧＲガスを逆止弁の上流側で、かつスロットル弁の下流側に導入した。吸気行程の下死点後において気筒内の既燃ガスが、逆止弁の上流側に到達するのを阻止できるため、外部ＥＧＲガスは常時下流側に向かって流れることとなり、スロットルボディ及びスロットル弁が汚損するのを防止できる。
【００４０】
ＥＧＲは、ＮＯｘの低減及び燃費の向上に有効な技術であることは公知である。このような効果を得るには、ＥＧＲをできるだけ広範囲な運転域で利用し、各気筒に均一に導入することが重要である。このような観点から、例えば外部ＥＧＲガスをスロットル弁より上流側に導入することが考えられる。しかしながら、外部ＥＧＲガスには燃焼により生じるカーボン等の微粒子が含まれることから、各気筒の吸気行程の下死点後に生じる混合気の逆流により、スロットル弁とスロットルボディの内壁に微粒子が徐々に付着して堆積し、スロットル開度等の制御性が損なわれるおそれがある。このような制御性への対策例として、吸気通路とは別に、各気筒のシリンダヘッドと吸気管との間に連通路を設け、該連通路から外部ＥＧＲガスを気筒に導入する場合がある。ところが、運転状況によっては各気筒への外部ＥＧＲガスの分配に差が生じ易く、全気筒が最も効率よく運転ができるＥＧＲ率に制御することは困難である。本発明では、吸気通路に逆止弁を設けたので、吸気行程の下死点後において気筒内の既燃ガスが、逆止弁より上流側に到達するのを阻止でき、スロットル弁が汚損するのを防止できる。特に、２気筒等間隔燃焼を行う場合には、吸気行程が重複しないことから、前記既燃ガスの逆流の影響が顕著に現れるのでその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１による火花点火式内燃機関の断面側面図である。
【図２】前記内燃機関の断面平面図である。
【図３】前記内燃機関の吸気弁，排気弁の開閉タイミング図である。
【図４】前記内燃機関のポンピング損失の効果を示す特性図である。
【図５】本発明の実施例２による内燃機関の断面側面図である。
【図６】本発明の実施例３による内燃機関の平面から見た概略構成図である。
【図７】前記内燃機関の吸気弁，排気弁の開閉タイミング図である。
【図８】本発明の実施例４による内燃機関の概略構成図である。
【図９】前記内燃機関の吸気弁，排気弁の開閉タイミング図である。
【図１０】本発明の実施例５による内燃機関の概略構成図である。
【図１１】本発明の実施例６による内燃機関の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明の実施例１を添付図面に基づいて説明する。
【００４３】
図１ないし図３は、本発明の実施例１による火花点火式内燃機関を説明するための図であり、図１は内燃機関の断面図、図２は内燃機関の平面から見た概略構成図、図３は内燃機関の吸気弁及び排気弁の開閉タイミング図である。
【００４４】
図において、１は水冷式４サイクル直列４気筒の火花点火式内燃機関を示している。該内燃機関１は、４つのシリンダボア（気筒）２ａが並列に形成されたシリンダブロック２の上合面にシリンダヘッド３を接続するとともに、該シリンダヘッド３の上合面にヘッドカバー４を接続し、前記シリンダブロック２の下合面にクランク軸５が収容されたクランクケース（不図示）を接続した概略構造を有する。
【００４５】
前記各シリンダボア２ａ内にはピストン６が摺動自在に挿入され、該ピストン６はコンロッド７を介して前記クランク軸５に連結されている。
【００４６】
前記シリンダヘッド３の各シリンダボア２ａに対向する部分には、ペントルーフ型の燃焼凹部（燃焼室）３ａが形成されている。この各燃焼凹部３ａには、点火プラグ１０がシリンダボア２ａの気筒軸線Ｅ上に位置するように装着されている。
【００４７】
前記シリンダヘッド３の各燃焼凹部３ａには、２つの吸気開口３ｂと２つの排気開口３ｃがクランク軸５の軸線Ｃ方向に並列に形成されている。前記両吸気開口３ｂ，３ｂは、気筒軸線Ｅ方向に見たとき前記クランク軸５の軸線Ｃを挟んだ一側に配置され、各排気開口３ｃ，３ｃは前記軸線Ｃを挟んだ他側に配置されている。
【００４８】
前記各吸気開口３ｂには吸気弁１１，１１が配設され、該各吸気弁１１は吸気カム軸１２により開閉駆動される。また前記各排気開口３ｃには排気弁１３，１３が配設され、該各排気弁１３は排気カム軸１４により開閉駆動される。
【００４９】
前記シリンダヘッド３には、各吸気開口３ｂに連通する吸気ポート３ｄと、各排気開口３ｃに連通する排気ポート３ｅが形成されている。
【００５０】
前記各排気ポート３ｅには、排気管１５が接続され、各排気管１５は１つの集合管１６に合流している。該集合管１６には排気ガスの浄化を行う触媒１７が介設されており、該集合管１６の下流端にはマフラ（不図示）が接続されている。
【００５１】
前記各吸気ポート３ｄには吸気管２０が接続されている。また各吸気管２０の上流端は共通のサージタンク２１に接続されている。このサージタンク２１には、各気筒共通のスロットル弁２２ａを内蔵するスロットルボディ２２が接続され、該スロットルボディ２２にはエアクリーナ（不図示）が接続されている。なお、、本実施例における吸気通路２０′は、吸気ポート３ｄと吸気管２０により構成されている。
【００５２】
前記各吸気ポート３ｄ及び各吸気管２０は、吸気開口３ｂに向かって大略直線をなすように、かつ吸気通路軸線がシリンダボア２ａの中心部に臨むよう形成されている。これにより、シリンダボア２ａ内に吸気のタンブル流ａを生成させることが可能となる。
【００５３】
前記各吸気管２０には、ガソリン等の液体燃料を噴射供給する液体燃料噴射弁２３が配置されている。この液体燃料噴射弁２３は、燃料噴射口２３ａから噴射される燃料が吸気開口３ｂの中心部に向かうように、つまり吸気弁１１の傘部の裏面に向かうように配置されている。
【００５４】
前記内燃機関１は、各吸気弁１１，各排気弁１３の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁１１と排気弁１３が同時に開くオーバーラップ期間を可変制御する油圧式の可変動弁機構２５を備えている。
【００５５】
この可変動弁機構２５は、前記吸気カム軸１２，排気カム軸１４を介して吸気弁１１，排気弁１３の開閉時期を連続的に変化させる吸気アクチュエータ２６，排気アクチュエータ２７と、機関回転数，機関負荷，スロットル弁開度等の運転状態に基づいて吸気，排気アクチュエータ２６，２７を駆動制御するＥＣＵ２８とを備えている。
【００５６】
前記可変動弁機構２５は、図３（ａ）に示すように、低・中速高負荷運転域では、排気弁を燃焼行程における下死点前約４０度（クランク角度、以下同じ）で開き、排気行程における上死点後約６度で閉じる（実線参照）。また吸気弁を吸気行程における上死点前約６度で開き、下死点後約７２度で閉じる（破線参照）。これにより吸気行程初期には、吸気弁と排気弁が同時に開くオーバーラップ期間（クランク角度で１２度程度）Ａ１が設けられている。
【００５７】
一方、図３（ｂ）に示すように、高速高負荷域運転域では、排気弁の開閉時期は前記低・中速高負荷運転域の場合と同じ設定とされ、吸気弁の開き時期は、吸気行程における上死点前約２６度（クランク角度、以下同じ）とさらに早くなり、排気弁とのオーバーラップ期間Ａ２はクランク角度で３２度程度に拡大される。また吸気弁の閉じ時期は、吸気行程における下死点後約５２度と早くなっている。これにより高速高負荷域では、気筒内の既燃ガスの一部が逆流して吸気ポート３ｄ，吸気管２０に滞留する。
【００５８】
前記各吸気管２０のサージタンク２１の接続部近傍には、吸気の気筒側への流れのみ許容する逆止弁（リード弁）３０が配置されている。本実施例における吸気通路２０′の、前記逆止弁３０より下流側の容積は、気筒容積と略同程度に設定されており、具体的には、吸気管２０及び吸気ポート３ｄの直径，長さが、前記容積を確保可能に設定されている。
【００５９】
前記逆止弁３０は、吸気通路２０′内の圧力が負圧になると開き、正圧になると閉じるタイプのものである。この逆止弁３０は、１つの弁座本体３１と、合計４枚のリード３２と、該各リード３２の全開位置を規制する合計４枚のストッパ３３とを有する。前記弁座本体３１は、断面平面視（図２参照）で、上流側に拡開する略Ｖ字形状をなし、かつ気筒軸線Ｅ方向に長い縦長形状をなしている。前記弁座本体３１の左，右壁部には、それぞれ４つの開口３１ａが形成されており、該各開口３１ａは前記リード３２で開閉される。該リード３２は前記ストッパ３３と共に前記弁座本体３１の前記開口３１ａの縁部に共締めにより固定されており、該共締め部を中心に起伏して前記開口３１ａを開閉する。
【００６０】
前記逆止弁３０は、前記吸気管２０とサージタンク２１との接続合面に挟持固定されている。詳細には、前記弁座本体３１に形成されたフランジ部３１ｃは、吸気管２０のフランジ部２０ｂとサージタンク２１とで挟み込まれ、複数のボルト３５により共締め固定されている。
【００６１】
前記逆止弁３０は、気筒軸線Ｅ方向に見たとき、前記Ｖ字形状の二等分線をなす中心線Ｄがクランク軸線Ｃに対して直角となるように配置され、リード３２は前記クランク軸線Ｃ方向に起伏することにより前記開口３１ａを開閉するようになっている。
【００６２】
本実施例によれば、各吸気管２０のサージタンク２１への接続部近傍に吸気の気筒側への流れのみ許容する逆止弁３０を配置したので、吸気通路２０′の逆止弁３０より下流側の通路容積を気筒容積と略同程度に確保することができ、部分負荷時のオーバーラップ期間に内部ＥＧＲガスを吸気通路２０′の逆止弁３０より下流側部分に溜めておくことができる。これにより吸気行程初期の吸気通路２０′内の負圧が低減され、かつ必要充分な内部ＥＧＲガスが確保されることから、部分負荷時のポンピング損失を低減できるとともに、燃費を低減できる。
【００６３】
また高速高負荷域では、吸気行程以外の行程で吸気通路２０′の逆止弁３０より下流側部分に混合気を充填しておくことができるので、従来のように駆動機構を設けたり、弁体を大型化したりする場合に比べてコストを低減でき、かつ十分な出力性能が得られる。
【００６４】
即ち、気筒内に吸気のタンブル流ａを生成させるようにした内燃機関１において、逆止弁３０を吸気管２０のサージタンク２１との接続部近傍に配置し、部分負荷時にオーバーラップ期間を拡大すると、内部ＥＧＲが吸気通路２０′内に溜まることとなる。よって吸気行程初期の吸気管内負圧が大幅に低減され、また逆止弁３０が吸気通路２０′の上流側に位置していることから、必要充分な内部ＥＧＲガスを確保できる。これにより、吸気行程におけるポンピング損失の低減効果と、内部ＥＧＲの増加による燃費の低減効果の両方が得られる。このようなポンピング損失の低減効果は、既存の機関構成部品を用いて工業製品化することで、それほどコストをかけずに容易に実現可能である。
【００６５】
またガソリン燃料を吸気ポート３ｄ内に直接噴射する液体燃料噴射弁２３を備えた場合は、中・高負荷運転域でオーバーラップ期間を設けると、気筒内から逆流する残留ガス量が増加することから、ガソリン燃料粒の一部がサージタンクの内壁まで飛翔するという懸念がある。この現象は、過渡状態のＡ／Ｆ制御を不適切にするため、応答性，排気ガス性状への影響が懸念される。
【００６６】
本実施例では、逆止弁３０により残留ガスのサージタンク２１への逆流が抑制されるので、ガソリン燃料粒を吸気通路２０′の吸気弁１１近傍内に溜めておくことができ、前記応答性，排気ガス性状を改善できる。
【００６７】
図４は、４サイクル内燃機関のインジケータ線図を示している。図中、実線ｂは逆止弁を設けた本実施例内燃機関の気筒内圧力の変化を示し、破線ｃは逆止弁を設けていない内燃機関の気筒内圧力の変化を示す。
【００６８】
同図からも明らかなように、逆止弁を設けていない内燃機関では、吸気行程における気筒内負圧がｃ′と大きいのに対し、本実施例の内燃機関では、逆止弁により吸気通路２０′に内部ＥＧＲガスが溜まっていることから、吸気行程における気筒内負圧はｂ′と大きくなっており、図４の斜線部分の分だけポンピング損失が減少することが判る。
【００６９】
本実施例では、前記各吸気管２０をそれぞれサージタンク２１に接続し、各吸気管２０に逆止弁３０を配置したので、多気筒内燃機関におけるポンピング損失の低減に有効である。
【００７０】
本実施例では、前記逆止弁３０をサージタンク２１と吸気管２０との接続合面に挟み込んだ状態でボルト３５により共締め固定したので、新たな取付け部品を追加することなく簡単な構造でかつ容易に逆止弁３０を取り付けることができる。
【００７１】
本実施例では、高負荷域における吸気弁１１の閉じ時期を下死点後（クランク角度で５２度程度）としたので、気筒内に吸入した新気の一部が吸気通路２０′内に戻ることとなり、この戻った新気は逆止弁３０により吸気通路２０′内に圧力上昇を伴い蓄えられることとなる。この状態から、次の吸気行程のオーバーラップが開始されると、新気の吸気通路２０′内の圧力が、気筒内圧力より高くなっていることから、ピストン６の下降による負圧が生じる前に気筒内に流入することとなる。これにより、内部ＥＧＲが低減され、高温度の気筒内残留ガスが掃気されることとなり、高負荷域における耐ノッキング性能を向上できる。
【００７２】
即ち、高負荷運転域では、圧縮圧力の上昇と、高温の内部ＥＧＲガスの増量によりノッキングが生じ易くなっている。これの対策として、従来は、圧縮比の低減、点火時期の遅角、過濃度空燃比による運転が行われているが、何れの対策も熱効率の低下を招くおそれがある。本発明では、高温の内部ＥＧＲガスの増量を阻止できるので、このような熱効率の低下を招くことなく、耐ノッキング性能を向上できる。
【００７３】
本実施例では、吸気弁１１，排気弁１３の開閉タイミングを油圧式の可変動弁機構２５により行うようにしたので、吸気管２０に逆止弁３０を配置することにより、オーバーラップ期間の制御が簡単である。そのため、既に標準化されている一般的な可変動弁機構２５を用いることが可能となり、ソレノイド式可変機構等を用いる場合に比べてコストを低減できる。
【００７４】
本実施例では、逆止弁３０を、リード３２の起伏により開口３１ａを開閉するタイプのものとし、かつリード３２の開閉方向をクランク軸の軸線Ｃ方向としたので、小型でかつ安定した開閉動作が得られる。
【００７５】
即ち、レシプロ内燃機関では、気筒軸線Ｅ方向の振動が圧倒的に大きい。このため、逆止弁３０を、リード３２が気筒軸線Ｅ方向に開閉するように配置すると、高速回転域で前記振動によりリード３２が不安定な挙動となるおそれがある。また高速・高負荷運転域で充分な新気を通過させるには、配置スペースを確保し易い小型のリードを連装することが望ましく、また装備性を高める点からも、逆止弁３０を、気筒軸線Ｅ方向に向けて配置するが望ましい。即ち、１つの弁座本体３１の左，右の４つの開口３１ａを開閉する４枚のリード３２を連装したので、前記配置スペースを確保しつつ、高速・高負荷運転時に必要な吸気量を確保できる。
【実施例２】
【００７６】
図５は、本発明の実施例２による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００７７】
本実施例の内燃機関は、各吸気管２０の、逆止弁３０より下流側部分に配置された液体燃料噴射弁２３と、ＣＮＧ，ＬＰＧ等のガス燃料を噴射供給するガス燃料噴射弁３８とを備えている。このガス燃料噴射弁３８は、ガス噴射口３８ａが吸気管２０の軸芯付近で、かつ液体燃料噴射弁２３の上流側に位置するように配置されている。これによりガス燃料は、吸気管２０及び吸気ポート３ｄの軸線方向に向けて供給される。
【００７８】
本実施例では、ガス燃料噴射弁３８によりガス燃料を吸気管２０の逆止弁３０より下流側に供給するようにしたので、ガス燃料を適切なタイミングで吸気することにより、ポンピング損失を低減できる。例えば、オーバーラップ開始前に供給した場合には、内部ＥＧＲの低減効果が得られ、アイドリング時を含む極低負荷運転域では燃焼の安定性が向上し、高負荷運転域では掃気能力がより一層向上する。
【００７９】
即ち、ＣＮＧ・ＬＰＧ等のガス燃料は、常温で気化する充分な蒸気圧を有しており、また液噴ＬＰＧも噴射直後に気化することから、吸気管２０内にガス状態で供給することは容易である。このようにガス燃料を適切な時期に供給することでポンピング損失を低減できる。
【実施例３】
【００８０】
図６及び図７は、本発明の実施例３による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００８１】
本実施例の内燃機関は、２つの気筒３ａ，３ａを有する２気筒内燃機関であり、等間隔燃焼を行うように構成されている。本実施例の吸気通路２０′は、上流側に位置する共通管（共通吸気通路）２０ａと、これから分岐する分岐管（分岐吸気通路）２０ｃ，２０ｃと、前記各気筒３ａ，３ａの吸気ポート３ｄ，３ｄとを有する。前記共通管２０ａには、スロットル弁２２ａを内蔵するスロットルボディ２２が接続されている。該スロットルボディ２２の上流側にサージタンク２１が接続されている。
【００８２】
前記吸気管２０の共通管２０ａには、各気筒共通の逆止弁（リード弁）３０が配置されている。この逆止弁３０は、吸気通路２０′内の圧力が負圧になると開き、正圧になると閉じるタイプのものであり、実施例１と同様の構造を有する。
【００８３】
また各気筒はペントルーフ型の燃焼室を有し、該燃焼室のクランク軸線Ｃを挟んだ一側には２つの吸気弁１１と１つの掃気用吸気弁４０が配置され、他側には２つの排気弁１３が配置されている。
【００８４】
前記掃気用吸気弁４０は、各吸気弁１１，１１の中心を結び、かつ前記クランク軸線Ｃに平行な直線Ｆを挟んで気筒中心の反対側に位置しており、前記排気弁１３から最も離れた位置に配置されている。そして前記掃気用吸気弁４０は、２つの吸気弁１１より早く開くように開タイミングが設定されている。
【００８５】
詳細には、図７（ａ）に示すように、アイドリングを含む極低負荷域では、掃気用吸気弁４０は、２つの吸気弁１１，１１の開時期よりクランク角度で３２度程度先に開く。なお掃気用吸気弁４０の開時期は、排気弁１３，１３の閉時期と同時期に設定されている。また掃気用吸気弁４０は２つの吸気弁１１よりクランク角度で３２度程度先に閉じる。
【００８６】
一方、図７（ｂ）に示すように、高負荷域では、排気弁１３の開閉時期はアイドリング・極低負荷域の開閉時期に固定されている。そして掃気用吸気弁４０は、吸気行程の上死点前（クランク角度で２６度程度）に開くように設定されている。これにより排気弁１３とのオーバーラップ期間が拡大されている。また２つの吸気弁１１の開時期は、排気弁１３の閉時期と同時になるように設定されている（図７（ｂ）参照）。
【００８７】
本実施例によれば、２つの吸気弁１１と１つの掃気用吸気弁４０を配置し、排気弁１３から最も離れた掃気用吸気弁４０の開時期を２つの吸気弁１１の開時期より早くしたので、高負荷域でのオーバーラップ期間を拡大することができ、吸気通路２０′内に蓄えられた新気により既燃ガスの掃気を行う場合の吹き抜けによる流出を抑制できる。
【００８８】
即ち、三元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うようにした内燃機関では、高負荷運転域で余剰酸素と未燃焼成分が排出されると、触媒が許容温度以上に上昇するおそれがあり、掃気による新気の吹き抜けが生じると触媒が損傷する場合がある。また三元触媒の場合には、排気ガスの浄化が充分に行えない場合がある。本発明では、新規の吹き抜けを抑制できるので、触媒の損傷を回避できるとともに、排気ガスの浄化を充分に行うことができる。
【００８９】
本実施例では、２気筒等間隔燃焼を行う場合に、逆止弁３０を各吸気管２０の合流部２０ａに配置したので、各気筒の吸気行程が重複しないことから、逆止弁３０を各気筒に共通して利用でき、構造を簡単にできるとともに、コンパクトにできる。
【００９０】
一般に、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関では、吸気行程が重複することはないことから、相対する気筒の吸気負圧の影響を直接受けることはない。このため、スロットル弁２２ａの下流側の吸気通路容積が適切であれば、タンブルポートとオーバーラップ期間の最適化を図ることで、部分負荷時のポンピング損失を低減できる。しかし高負荷域ではノッキングが発生し易くなることから、逆止弁により下死点後の新気を吸気通路２０′内に蓄えておく必要がある。本実施例では、吸気行程が重複しないので、逆止弁３０を各気筒に共通化できる。
【実施例４】
【００９１】
図８及び図９は、本発明の実施例４による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００９２】
本実施例は、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関であり、各気筒はペントルーフ型の燃焼室（不図示）を有し、該燃焼室のクランク軸線Ｃを挟んだ一側には２つの吸気弁１１が、他側には２つの排気弁１３が配置されている。
【００９３】
前記吸気弁１１，１１及び各排気弁１３，１３は、それぞれ異なる開閉時期に設定されている。前記２つの吸気弁１１，１１のうち、先行して開く吸気弁１１′から最も遠方に位置する一方の排気弁１３′は、他方の排気弁１３の閉じ時期より遅く閉じるように設定されている。
【００９４】
詳細には、図９（ａ）に示すように、アイドリングを含む極低負荷域では、先行して開く一方の吸気弁１１′は上死点後のクランク角度８度程度で開き、他方の吸気弁１１は上死点後のクランク角度３８度程度で開く。また先に開く一方の吸気弁１１′から最も遠方に位置する一方の排気弁１３′は、他方の排気弁１３の閉時期よりクランク角度１２度程度遅れて閉じる。この２つの排気弁１３′，１３の開時期は下死点前クランク角度４６度程度に設定されている（図９（ａ）参照）。
【００９５】
高負荷域では、前記２つの排気弁の開閉時期は固定で、先行して開く一方の吸気弁は上死点前クランク角度２６度程度で開き、他方の吸気弁は上死点後クランク角度６度程度で開く（図９（ｂ）参照）。
【００９６】
本実施例によれば、２本の吸気弁１１のうち、先行して開く吸気弁１１′より遠方に位置する排気弁１３′の閉じ時期を、他方の排気弁１３の閉じ時期より遅くしたので、吸気通路２０′内に蓄えられた新気により掃気を行う際の吹き抜けを抑制でき、実施例３と同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００９７】
図１０は、本発明の実施例５による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図８と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００９８】
本実施例は、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関であり、各気筒には２つの吸気弁１１と２つの排気弁１３が配置され、各気筒に接続された吸気管２０は上流側に位置する共通管２０ａを有し、実施例３と同様の構造である。
【００９９】
前記共通管２０ａの逆止弁３０より下流側には、各気筒共通のガス燃料噴射弁３８が配置されている。該ガス燃料噴射弁３８は、ガス噴射口３８ａが共通管２０ａの軸芯に位置し、かつ共通管２０ａから各分岐管２０ｃ，２０ｃに分岐する分岐部２０ｃ′に向けてガス燃料を供給するよう配置されている。ここで、ガソリン燃料を供給する液体燃料噴射弁２３は各分岐管２０ｃ，２０ｃに配置されている。
【０１００】
本実施例では、前記共通管２０ａの分岐部２０ｃ′にガス燃料を供給するようにしたので、ガス燃料をオーバーラップ前，もしくは吸気行程の前半に供給することにより、ポンピング損失を低減できる。
【０１０１】
ガス燃料は、ガソリン等の液体燃料のように吸気通路２０′の壁面に付着することもないので、ガス燃料噴射弁を吸気弁に指向するように配置する必要がない。このため、１本のガス燃料噴射弁でも、各気筒に均等にガス燃料を供給することができ、均一な空燃比の混合気でもって燃焼を行うことができる。これにより、燃料供給装置の簡略化が可能であり、かつ高い応答性及び排気ガス性能が得られる。
【実施例６】
【０１０２】
図１１は、本発明の実施例６による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図８と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０１０３】
本実施例の内燃機関は、排気ガスの一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲ装置４２を備えている。この外部ＥＧＲ装置４２は、各排気管１５の集合部１６に接続された外部ＥＧＲ通路４３と、該ＥＧＲ通路４３の途中に介設された、排気ガス中のカーボン等を除去する微粒子トラップ４４と、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー４５と、ＥＧＲ制御弁４６とを備えている。該ＥＧＲ制御弁４６は、機関運転状態に応じてＥＣＵにより開閉制御される。
【０１０４】
前記ＥＧＲ通路４３の下流端の導入口４３ａは、共通管２０ａの逆止弁３０より上流側で、かつスロットル弁２２ａより下流側に形成されている。この導入口４３ａには、通路面積を絞ることにより負圧を発生させるベンチュリ部４３ｂが設けられている。
【０１０５】
本実施例によれば、外部ＥＧＲガスを導入する導入口４３ａを、逆止弁３０より上流側で、かつスロットル弁２２ａより下流側の合流部２０ａに設けている。そして吸気行程における下死点後の気筒内の既燃ガスが、逆止弁３０より上流側に到達するのを阻止できるので、外部ＥＧＲガスは常時下流側の気筒に向かって流れることとなり、スロットルボディ２２及びスロットル弁２２ａが汚損するのを防止できる。
【０１０６】
上述のように、外部ＥＧＲガスをスロットル弁より上流側の集合部に導入した場合、外部ＥＧＲガスに含まれるカーボン等の微粒子がスロットル弁とスロットルボディの内壁に徐々に付着して堆積し、スロットル開度等の制御性が損なわれるおそれがある。本実施例では、吸気管２０の上流部に逆止弁３０を設け、逆止弁３０より上流側にＥＧＲガスを導入するようにしたので、吸気行程における下死点後の気筒内の既燃ガスが、逆止弁３０より上流側に到達するのを阻止できる点とあいまって、スロットル弁２２ａが汚損するのを防止できる。特に、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関の場合には、吸気行程が重複しないことから、前記既燃ガスの逆流の影響が顕著に現れるのでその効果は大きい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  内燃機関
２ａ  シリンダボア（気筒）
３ａ  燃焼凹部（燃焼室）
３ｂ  吸気開口
３ｃ排気開口
１１  吸気弁
１３  排気弁
２０′  吸気通路
２０ａ  共通管（共通吸気通路）
２０ｂ  分岐管（分岐吸気通路）
２１  サージタンク
２２  スロットルボディ
２２ａ  スロットル弁
２５  可変動弁機構
３０  逆止弁
３１  弁座本体
３１ａ  開口
３２  リード
３８  ガス燃料噴射弁
４０  掃気用吸気弁
４２  外部ＥＧＲ装置
ａ  タンブル流
Ｃ  クランク軸線
Ｅ  気筒軸線
【図１】
2010255475.tif 000003
【図２】
2010255475.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010255475.tif 000009
【図８】
2010255475.tif 000010
【図９】
2010255475.tif 000011
【図１０】
2010255475.tif 000012
【図１１】
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